FAU Studien aus der Elektrotechnik
Refine
Year of publication
Document Type
- Doctoral Thesis (17)
- Book (1)
Has Fulltext
- yes (18)
Keywords
- Software Radio (3)
- Algorithmus (2)
- Basisstation <Mobilfunk> (2)
- Digitale Signalverarbeitung (2)
- Energiespeicher (2)
- FPGA (2)
- Fahrzeugtechnik (2)
- Leistungsverstärker (2)
- Lithium-Ionen-Akkumulator (2)
- Modellprädiktive Regelung (2)
Institute
18
Korrelation von Materialqualität und Ausfallmechanismen leistungselektronischer SiC-Bauelemente
(2023)
Ziel dieser Arbeit war es, eine Korrelation der Siliciumcarbid (SiC) Materialqualität mit Ausfallmechanismen leistungselektronischer 4H-SiC Trench-MOSFET Bauelemente herzustellen. Dafür wurden homo-epitaktische, n-leitende SiC-Schichten abgeschieden. Diese Schichten wurden anschließend mit konfokaler DIC-Mikroskopie und UV-PL Methoden hinsichtlich ihrer Defekte charakterisiert. Die so charakterisierten Epitaxie-Wafer wurden zur Herstellung von leistungselektronischen Trench-MOSFET Bauelementen verwendet. Nach der Prozessierung wurden die Bauelemente elektrisch charakterisiert. Elektrische Ausbeute-Maps wurden anschließend mit den während der Prozessierung aufgenommenen Defektdaten überlagert und mit entsprechenden Defektklassen abgeglichen. Abschließende Untersuchungen an diesen charakterisierten Bauelementen dienten zur Analyse der Langzeitstabilität und Zuverlässigkeit.
17
This study analyses trends in UHF spectrum use and demands by users of UHF spectrum. Thanks to availability of a large database that contains spectrum scans of a multitude of events over a large timespan, trends in availability of PMSE spectrum and PMSE use can be derived. Thereby conclusions are based on real world data from the field. A statistical modelling of available and used spectrum with PMSE is conducted. This allows for probabilistic conclusions when in future it will no longer be possible to use PMSE to an extend as initially planned. A shortage of PMSE frequencies at UHF is up on the horizon. When this scarcity becomes immanent is scientifically derived on the basis of stochastic considerations. As with earlier studies the role of technological advancements with PMSE, cellular and broadcast are discussed with respect to efficiency of spectrum use. Aside of technological trends there are also trends in society, like an increased awareness about inclusion, barrier-free access to events and remote participation, which are further drivers to larger PMSE use. Finally, this study will derive conclusions and derive recommendation towards Politicians, Regulation, Standardization, Mobile Network Operators and lastly PMSE and cellular equipment suppliers.
16
The main and diversity antennas of modern cellular user equipment are integrated into the chassis of the device. Due to the limited space inside the device and high complexity of front-end electronics, the integrated antennas have small form factor, which leads to low radiation efficiency and high mismatch losses. The performance of the antennas is optimized with aperture tuning techniques. Commercial aperture tuners in modern cellular user equipment are based on high-voltage RF switches in bulk- or SOI-CMOS technologies. The focus of this research is put on the analysis of the second and third order nonlinear products caused by the RF switch, the influence of the substrate capacitance and the hardware characterization of antenna tuning ICs. Additionally, the functionality of the RF switch is extended and novel RF switch-based tuning ICs in CMOS technologies are investigated. All theoretical findings are verified either with measurements of the designed ICs or on the application level using a hardware demonstrator.
15
In den letzten Jahren und Jahrzehnten ist ein teils massiver Zuwachs an dezentralen Energieumwandlungsanlagen (DEA) zu verzeichnen, für welchen die bestehenden elektrischen Energieversorgungsnetze nicht geplant wurden. Um daraus folgenden möglichen Verletzungen der Spannungs- und Stromgrenzen zu begegnen, kann eine Erhöhung des Vermaschungsgrads vorgenommen werden, wodurch weitere Pfade für den Leistungsfluss eröffnet werden. Im einfachsten Fall führt dies zum Ringschluss vormals offen betriebener Ringnetze. Hierfür werden keine neuen Betriebsmittel benötigt und die Topologieänderung kann prinzipiell sofort geschehen. Herkömmliche Schutzsysteme in Verteilungsnetzen können geschlossene Ringe mit hohem DEA-Anteil jedoch in vielen Fällen nur unzureichend beherrschen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden deshalb Schutzalgorithmen für Relais an der Sammelschiene als auch an der (ehemaligen) Ringtrennstelle entwickelt, welche dieser neuen Konstellation bei unsymmetrischen Fehlern (einpolige und zweipolige Fehler) gerecht werden. Die Algorithmen arbeiten auf Basis der lokal gemessenen Ströme und Spannungen in Symmetrischen Komponenten. Es sind keine stationsübergreifenden Kommunikationskanäle nötig. Das bedeutet, dass die Anwendung der vorgeschlagenen Algorithmen mit Ausnahme neuer Relais bzw. der Implementierung der Algorithmen in bestehenden Relais keine weitere zusätzliche Infrastruktur benötigt. Die Anwendung der Algorithmen führt zu einer Verringerung der Fehlerklärungszeit und vermindert so die Ausfallwahrscheinlichkeit weiterer DEA durch länger anhaltende Unterspannungszustände. Überdies erlaubt die verbesserte Fehlerortung den schnelleren Anlauf von Fehlerbehebungsmaßnahmen an der Fehlerstelle. Auf diese Weise trägt die vorliegende Arbeit zur Integration großer Anzahlen an DEA in das vorhandene Netz unter Umgehung massiver Netzausbaumaßnahmen bei.
14
Klimaschutz- und Nachhaltigkeitsgründe erfordern eine Abkehr von fossilen Energieträgern und eine verstärkte Nutzung regenerativer Energiequellen. Doch trotz eines kontinuierlich steigenden Anteils der regenerativen Stromerzeugung liegt das Ziel einer CO2-neutralen, aber weiterhin sicheren und bezahlbaren Energieversorgung in Deutschland noch in weiter Ferne. Die bisherigen Ansätze sind nicht ausreichend, weshalb neue und netzdienliche Integrationsmethoden erforderlich sind. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde diese Problemstellung sowohl aus einer konzeptionellen als auch einer technischen Perspektive untersucht.
Der konzeptionelle Ansatz beruht dabei auf der Beschreibung von Stromerzeugungsanlagen anhand von inhärenten Eigenschaften, die anschaulich in einem sog. Einspeisewürfel dargestellt werden. Basierend darauf wurde das Konzept eines Smart renewable Power Plant (SrPP) entwickelt: ein stromrichtergekoppeltes Einspeisenetz mit integrierten Energiespeichern.
Die technischen Betrachtungen dieser Arbeit umfassen das Netzverhalten sowie das interne Verhalten des SrPP und damit insbesondere die Regelung und netzdienliche Betriebsweise von Stromrichtern. Hierzu wurde eine umfangreiche Übersicht über Stromrichterregelungen erstellt, welche anschließend an einem Versuchsaufbau implementiert und untersucht wurden.
Neben der Vorstellung des SrPP als ganzheitliche Netzintegrationsmethode für regenerative Energiequellen trägt die vorliegende Arbeit somit auch dazu bei, die bisher oft noch getrennten Fachbereiche der elektrischen Energieversorgung und der Leistungselektronik, die in einer stromrichterdominierten, regenerativen Energieversorgung eng miteinander verknüpft sind, zusammenzuführen.
13
Im Zuge der Verbesserung der Einbindung der Erzeugung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen wird Batteriespeichern eine zunehmende Bedeutung beigemessen. Stromrichter stellen dabei das Bindeglied zwischen Batteriespeicher und elektrischem Netz dar. Modulare Multilevel-Umrichter sind eine Klasse selbstgeführter Stromrichter, welche gegenwärtig vor allem in der Hochspannungsgleichstromübertragung eingesetzt werden.
In der vorliegenden Arbeit erfolgt eine Integration von Batteriespeichern in die Module eines Modularen Multilevel-Umrichters in Doppelstern-Konfiguration. Hierdurch können die Vorteile modular aufgebauter mehrstufiger Umrichter genutzt und die Beschränkungen gegenwärtig eingesetzter Topologien für die Netzeinbindung von Batteriespeichern überwunden werden. Voraussetzung für eine derartige Integration ist eine hochdynamische Regelung zur Steuerung der Energieflüsse zwischen elektrischem Drehstromnetz, DC-System und den einzelnen Batteriespeichern. Hierzu werden Entwürfe von klassischen parameteroptimale Reglern mit Entwürfen von modernen strukturoptimalen Reglern verglichen. Auf Grundlage einer Modellierung der energetischen Zusammenhänge des Umrichters samt Batteriespeichern erfolgt eine Identifikation von Freiheitsgraden zur Steuerung der Energieflüsse. Abschließend wird eine Verifikation der entworfenen Regler sowie der identifizierten Möglichkeiten zur Energieflusssteuerung anhand eines Versuchsaufbaus im Labor durchgeführt. Dabei werden verschiedene Zustände des elektrischen Netzes sowie unterschiedliche Anordnungen der Batteriespeicher untersucht.
12
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist der Entwurf eines Regelungskonzeptes für ein Fahrzeug mit vollaktiver Federung. Es gilt hierbei, Fahrkomfort und -sicherheit über die Grenzen der passiven Fahrwerksauslegung hinaus zu steigern. Kerngedanke der Arbeit ist die explizite Berücksichtigung von zeitvarianten Fahrbahneigenschaften beim modellgestützten Entwurf.
Die Unebenheit der Fahrbahn kann als stochastisches Signal mit überlagert auftretenden Einzelhindernissen modelliert werden. Da sich diese beiden Anteile in ihrer Charakteristik stark unterscheiden, soll ihnenmit zwei unterschiedlichen, parallelen Regelungskonzepten begegnet werden. Für den stochastischen Anteil wird ein neues approximatives Entwurfsmodell niedriger Ordnung vorgestellt. Dies ermöglicht dessen Berücksichtigung beim Entwurf eines quadratisch optimalen Reglers. Zur Schätzung der Fahrzeug- und Unebenheitszustände wird ein Kalman-Filter am um das Modell der Unebenheit erweiterten Streckenmodell entworfen. Zur Berechnung von Regler und Filter werden die unbekannten und zeitvarianten Parameter des Unebenheitsmodells benötigt, weshalb ein Recursive-Least-Squares-Algorithmus zur Online-Identifikation eingesetzt wird. Dies ermöglicht die Adaption von Regler und Filter auf die aktuelle Unebenheitsbeschaffenheit.
Für zusätzlich auftretende Einzelhindernisse wird eine fahrbahnadaptive Detektion vorgestellt, was eine Separation der Einzelhindernisse vom stochastischen Unebenheitsverlauf ermöglicht. Die negativen Auswirkungen der Einzelhindernisse werden im Anschluss mittels modellgestützter Störgrößenaufschaltung gemindert. Hierzu werden neue Bewertungskriterien vorgeschlagen.
Ein Entwurf in Zwei-Freiheitsgrade-Struktur ermöglicht es, das vertikaldynamische Fahrzeugverhalten in Bezug auf Anregungen durch Unebenheiten einerseits und durch die Horizontaldynamik andererseits separat voneinander einzustellen. Für letzteres wird eine geeignete Steuerung vorgestellt. Weiterhin wird gezeigt, wie die Robustheit der Kalman-Filterung gegenüber Parameterunsicherheiten erhöht werden kann und ein neuer Umgang mit nichtlinearer Dämpfercharakteristik motiviert, welcher ohne Approximation einen linearen Filterentwurf ermöglicht.
Um das Konzept zu validieren, wird zuerst ein Viertelfahrzeugversuchsstand herangezogen. Anschließend wird ein passiver Versuchsfahrzeuganhänger vorgestellt, um das fahrbahnadaptive Filter mit Parameteridentifikation und Einzelhindernisdetektion auf realer Straße in Betrieb nehmen zu können. Nach der Kalibrierung am Versuchsstand werden Messergebnisse realer Fahrbahnen vorgestellt. Eine statistische Auswertung der identifizierten Fahrbahnparameter bestätigt die Notwendigkeit der Online-Identifikation und ermöglicht nachfolgenden Arbeiten eine realitätsnahe Wahl dieser Parameter bei der Simulation.
11
The power amplifier (PA) is the key component of the transmit chain in a mobile telecommunication system. It allows the coverage of a wide service area but it’s non-linear effects need to be compensated in order to obtain high linearity and efficiency without introducing interference on the adjacent channels. Digital Pre-Distortion (DPD) is the commonly used solution to overcome these problems. The The LTE system makes use of OFDM modulation used in modern systems, provides signals with wide bandwidth, but low average power, thus common PA designs achieve low average efficiency.
Dual-input Doherty power amplifiers with digital steering introduce new degrees of freedom in terms of linearization and reconfiguration.
This work analyzes the tradeoffs between linearity, efficiency and linearization bandwidth, when digitally driving the DPA inputs separately. The knowledge of the physics of the devices allows to design a workflow to linearize the dual-input DPA obtaining high efficiency and reconfigurability.
In this work an application of a bio inspired optimization algorithm show how to calibrate the DPD directly at the base-station.
10
Besides the environmental benefits, electric powertrains offer the potential to improve braking performance by exploiting the fast response of the electric motor. A particularly challenging control task for such systems is braking at the limit of the tire adhesion, which must optimally handle the actuation redundancy of the hybrid braking system in addition to coping with the high system uncertainties and the time varying dynamics of the tire-road contact.
The proposed and experimentally validated control framework seeks to optimize the tradeoff between maximizing energy recuperation and optimizing braking dynamics, in the form of wheel torque tracking during normal braking and wheel slip tracking when braking at the limit of the tire adhesion. Conventional solutions such as daisy chain and cascaded control structures provide only suboptimal results due to under-utilization of the actuation dynamics. Therefore, this work proposes a centralized (i.e., ’single-loop’) brake control strategy, where the wheel-slip regulation, torque tracking and torque blending are jointly addressed via the model predictive control framework.
Model predictive control is able to account for the effects of system constraints using online optimization, which enables the actuation redundancy of the hybrid brake system to be optimally handled. However, conventional model predictive control approaches for uncertain linear parameter varying systems, such as wheel slip control under time-varying velocity, are either too computationally intensive or do not offer stability guarantees.
Spurred by these shortcomings, this work extends existing robust model predictive control design methods to offer feasibility and stability guarantees for linear parameter varying systems with a modest increase in the computational burden. The proposed approach exploits the fact that physical systems represented as linear parameter varying systems usually have a limited rate of change of the scheduling parameter. Consequently, a robust model predictive control formulation is developed that incorporates those parameter rate constraints and constraint tightening methods to reduce its conservatism. The proposed method provides robust stability guarantees for linear parameter varying systems. Finally, its application to the hybrid braking control at the tire-road friction limits concludes this work.
9
Thanks to the emerging digital technology and fast digital converters, it is possibleto transfer the efforts of designing analog duplex filters into digital numeric algorithms applied to recursive structures, operating on power amplifiers (PAs) in transmitters. The system approach, which was invented during the course of research project cognitive mobile radio (COMORA) supported by the German Federal Ministry of Education and Research (Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)) and Nokia Networks, is highlighted.
In this thesis the design of a novel hybrid digital base-band feedback and feed-forward applied to the analog RF PA called also ” ampli-filter” is presented and verified by measurements. This architecture provides a periodic band-pass filter at the output of the RF PAs as frequency response that allows the transmitter design to relax duplex filter requirements with a potential form factor and weight reduction and cost saving inside BTS. This digital sub-system is placed in the feedback path applied to the RF transmitter and provides high attenuation and filter slope in the transition bandwidth. Both of these requirements are usually reached in the duplex filter with a large number of cavities and a long design process. Moreover the digital subsystem in the ampli-filter is frequency agile and adaptive allowing this structure to be attractive for multi-band and multi-standard scenarios.
8
Broadband wireless communication is nowadays dominated by the waveform principle Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Its parameters are typically designed conservatively to cope with the expected worst case propagation channel. This makes the system more robust than required most of the time, but it does conflict with throughput maximization. Next generation standards, such as 5G, will not tolerate this waste of resources anymore and also state-of-the-art systems call for optimization, especially those in extremely varying environments.
This book addresses an OFDM system, which configures itself in real time as a response to actual radio channel conditions. This makes it an adaptive radio, which has been implemented in the course of diverse aeronautical projects for Airbus Group Innovations, Germany. It runs entirely on an FPGA platform, which allows for real-time customization of various key parameters, including cyclic prefix, fast Fourier transformation, modulation and coding, dynamic spectrum access and time division multiple access. Some of these parameters are optimized through the results of an integrated channel sounder, which reveals the actual delay spread and Doppler spread of the channel.
Proof of concept is provided by three demanding case studies: Aircraft-to- ground flight telemetry, a communication scenario with an unmanned aerial vehicle (UAV) and intra aircraft cabin dynamic spectrum access.
7
In den vergangenen beiden Jahrzehnten haben satellitengestützte Ortungssysteme eine weite Verbreitung im privaten wie industriellen Bereich gefunden. Einige der zahlreichen Anwendungen liegen in der Warenlogistik, Fahrzeugnavigation, Luft- und Schifffahrt. Für einen zuverlässigen Betrieb sind Satellitennavigationssysteme allerdings auf eine direkte Sichtverbindung zu den Satelliten angewiesen. Hohe Hindernisse, wie beispielsweise Häuserschluchten oder gestapelte Container, können sich negativ auf die Ortungsgenauigkeit auswirken. Eine Ortung im Innenraum ist durch die starke Signaldämpfung nahezu ausgeschlossen. Diese Bereiche können mit einem Nahbereichsortungssystem (LPS, engl.: local positioning system) erschlossen werden.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit einem LPS, das auf einem frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW-Radar, engl.: frequency modulated continuous wave radar) basiert. Es soll eine Genauigkeit im Zentimeterbereich bieten und zusätzlich die Messung des Einfallwinkels ermöglichen. Außerdem soll es über einen Betriebsmodus für hohe Reichweite und einen für hohe Robustheit gegenüber Mehrwegeausbreitung verfügen. Hierzu kann das FMCW-Radar in zwei Frequenzbereichen betrieben werden: dem 5,8 GHz-ISM-Band und dem lizenzfreien Ultrabreitband-Bereich (UWB, engl.: ultra wide band) 6,0 - 8,5 GHz. Für die Einfallswinkelmessung ist das HF-Frontend vierkanalig ausgeführt.
Ziel dieser Arbeit ist es, einen möglichst großen Teil der FMCW-Radarkomponenten in einen einzelnen Chip in einer 350 nm SiGe:C Bipolar-Technologie zu integrieren. Der Fokus liegt dabei auf dem Frequenzsynthesizer für linear modulierte Frequenzrampen. Dieser ist als Phasenregelschleife mit variablem Teilerverhältnis ausgeführt und muss sowohl breitbandige, als auch möglichst lineare Frequenzrampen mit einer Frequenzauflösung im Hz-Bereich erzeugen, um eine hohe Robustheit gegenüber Mehrwegeausbreitung und Messgenauigkeit zu ermöglichen. Hierdurch werden insbesondere an den spannungsgesteuerten Oszillator (VCO, engl.: voltage controlled oscillator) hohe Anforderungen in Bezug auf Abstimmbereich und -linearität gestellt.
Um die vorgenannten Anforderungen zu erfüllen, wird im Rahmen dieser Arbeit ein neuartiger VCO mit Abstimmlinearisierung vorgestellt und messtechnisch charakterisiert. Dieser erreicht einen kontinuierlichen, relativen Abstimmbereich von 69,0 %; in einem relativen Abstimmbereich von 34,5 % beträgt die Variation der Abstimmsensitivität KVCO nur ±20 %. Zur Analyse der Linearität der generierten FMCW-Rampen wird eine auf der Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT, engl.: short-time Fourier transform) basierende Methode zur Messung der Nichtlinearität vorgestellt. Diese hat gegenüber den in der Literatur häufig verwendeten phasenbasierten Methoden den Vorteil, dass sie wesentlich robuster gegenüber den Rauschanteilen des gemessenen Signals ist. Der Frequenzsynthesizer erzeugt FMCW-Rampen mit hoher Linearität. Bei einer Sweep-Bandbreite von 2 GHz beträgt die maximale Abweichung vom Mittelwert weniger als 1,1 kHz.
Abschließend wird der entworfene Radarchip in ein Demonstratorsystem eingesetzt. In der eindimensionalen Distanzmessung erreicht das System eine Standardabweichung von nur 2,7 cm in einer Umgebung mit starker Mehrwegeausbreitung. Bei der Einfallswinkelmessung bewegt sich der Messfehler zwischen -3° und 2°. Das in dieser Arbeit untersuchte LPS ist damit für eine Vielzahl von Anwendungen hervorragend geeignet.
6
This book shows the development of a power amplifier for LTE at the edge of planar CMOS technology. It includes theoretical design concepts, simulations and measurements for a power amplifier based on uplink specifications for mobile communication defined by 3GPP. It proofs the basic capability of CMOS technology for a full integration on a SoC.
Different power amplifier classes and linearization concepts are summarized and compared. A special focus is given on a selection of published watt-level power amplifiers as well as implemented DPAs. These basic considerations were the foundation for the later implemented designs.
A stand-alone linear power amplifier was developed and characterized as a bare bumped die on a PCB. The DPA was integrated into an LTE transceiver what gave the possibility of on-chip verification of the entire system.
Die pictures of the linear PA and the DPA show their architectures, which are implemented on-chip in 28nm CMOS technology, from the top metal layer perspective.
5
Orthogonalität ist eine besondere Eigenschaft Boolescher Funktionen. Die Orthogonalisierung einer Booleschen Funktion vereinfacht die Transformation in eine andere äquivalente Form. Mit dieser Arbeit werden zwei neue allgemeingültige, logische operative Verknüpfungsmethoden die 'orthogonalisierende Differenzbildung ⊝' und das 'orthogonalisierende Verodern v ' vorgestellt. Die orthogonalisierende Differenzbildung wird zur Ermittlung einer Differenz in orthogonaler Form zweier Produktterme oder zweier Funktionen eingesetzt. Das orthogonalisierendes Verodern wird zum Verodern zweier Produktterme oder zweier orthogonaler Funktionen angewendet, welches auch Ergebnisse in orthogonaler Form darbietet. Darüber hinaus weisen die algorithmischen Implementierung beider Verknüpfungsmethoden geringere Rechenzeiten mit zunehmender Dimension im Vergleich zu den herkömmlichen bekannten Operationen auf. Auch werden die Vorteile im Hinblick auf den Speicherplatzbedarf hierbei besser genutzt, weil kein zusätzlicher Algorithmus zur Orthogonalisierung benötigt wird. Zudem werden Anwendungen der orthogonalisierenden Differenzbildung in weiteren Verfahren gezeigt, wie z.B. die Bildung der orthogonalen Negierten einer Funktion der disjunktiven Normalform. Durch die inhärente Orthogonalisierung werden weitere Verarbeitungsschritte in der TVL-Arithmetik, wie das Boolesche Differentialkalkül, erheblich vereinfacht. Ternär-Vektor-Listen werden als rechnerinterne Darstellung für binäre Funktionen verwendet und sind für die Behandlung Boolescher Probleme vorteilhafter.
Daneben werden in dieser Arbeit zwei neue mathematische Boolesche Gleichungen zur Orthogonalisierung Boolescher Funktionen bzw. Ternär-Vektor-Listen disjunktiver Normalformen hergeleitet, welche jeweils auf den neuen Verknüpfungen ⊝ und _g basieren. Damit wird zum ersten Mal mathematisch die Problematik der Orthogonalisierung behandelt und einfache Gleichungen zur Berechnung der orthogonalen Form vorgestellt. Zudem werden die beiden neuen Methoden in der Bestimmung von Testbelegungen für kombinatorische Schaltnetzwerke zur Verifizierung möglicher logischer Fehler in der TVL-Arithmetik eingesetzt. Ihre implementierten Algorithmen weisen zudem Vorteile bezüglich Rechenzeit und Speicherplatzbedarf auf und ermöglichen damit die Berechnung von minimierterer Menge an Testbelegungen. Im Vergleich zu den Methoden aus der Literatur reduzieren die neuen Algorithmen ORTH[⊝] und ORTH[ v ] die Rechenzeit um einen Faktor von ca. 2,5. Zusätzlich haben die beiden neuen Algorithmen ORTH[⊝] und ORTH[ v ] die Eigenschaft bessere Lösungen zu liefern, das bedeutet, orthogonale TVLen geringerer Anzahl an Termen, d.h. eine Reduzierung um etwa 50%. Damit wird eine Weiterbehandlung der ermittelten orthogonalen TVL mit geringerer Anzahl an Operationen gewährleistet, welche zum einen weitere Rechenzeiten optimiert und zum anderen die Anzahl an Terme in den nachfolgenden Verfahrensschritten niedriger ausfallen lässt. Mit dieser Verminderung wird die Reduzierung an Termen bis zur Ermittlung der Testbelegungen fortgesetzt, so dass minimierte Testsätze zur Verifizierung von kombinatorischen Schaltungen am Ende der Berechnungslinie erhalten werden können. Mit der geringeren Rechenzeit der Algorithmen und der minimal ermittelten Menge an Testsätzen wird eine Einsparung in Testzeit und die damit verbundenen Testkosten erreicht werden können.
4
Aktuelle Entwicklungen im Automobilbereich motivieren die Betrachtung von Kraftfahrzeugen, deren vier Räder separat angetrieben, gebremst und gelenkt werden können. In Bezug auf die Fahrzeugbewegung besitzen diese redundante Stelleingriffe, welche es der Steuerung und Regelung solch überaktuierter Fahrzeuge ermöglichen, sekundäre Optimierungsziele neben der Realisierung eines geforderten Bewegungsverhaltens zu verwirklichen. Aufgrund der Komplexität des resultierenden Gesamtsystems erweisen sich modellbasierte Methoden für den Entwurf einer geeigneten integrierten Fahrdynamikregelung als zweckmäßig, um die regelungstechnischen und fahrdynamischen Zielstellungen unter gleichzeitiger Berücksichtigung anwendungsrelevanter Randbedingungen zu realisieren.
In diesem Kontext befasst sich die vorliegende Arbeit mit dem Entwurf und der Analyse einer ganzheitlichen Vorsteuerungs- und Regelungsstruktur für die Horizontalbewegung eines Fahrzeugs mit Einzelradaktorik. Sie basiert auf einem strukturierten, pragmatischen Fahrzeugmodell zur Beschreibung des Bewegungsverhaltens bis in den nichtlinearen Grenzbereich. Um Führungs- und Störverhalten der geregelten Horizontalbewegung unabhängig voneinander auslegen zu können und eine komponentenweise Problembetrachtung zu ermöglichen, ist eine modulare Zwei-Freiheitsgrade-Struktur gewählt. Die Auslegung der Vorsteuerung geschieht unter Berücksichtigung der durch die Einzelradaktorik vorhandenen Freiheiten der horizontalen Fahrzeugbewegung. Die Regelung besitzt Kaskadenstruktur, wobei die innere Regelschleife die Radbewegungen stabilisiert, während die äußere Kaskade den Fahrer beim Führen des Fahrzeugs unterstützt.
Die Überaktuierung des Fahrzeugs dient der Erhöhung der Fahrsicherheit, indem die Kraftschlussausnutzungen zwischen den vier Reifen und der Fahrbahn verringert werden. Die Lösung des zugrunde liegenden Optimierungsproblems erfolgt auf analytischem Wege, sodass der Rechenaufwand verhältnismäßig gering ausfällt, was einen Echtzeitbetrieb ermöglicht. Darüber hinaus wird die Redundanz der Stelleingriffe dazu genutzt, die funktionale Sicherheit des Gesamtfahrzeugs bei Vorhandensein fehlerhafter Stellglieder zu gewährleisten.
Die Funktionsfähigkeit des Steuerungs- und Regelungskonzepts und dessen Eignung zur Verbesserung der Fahrsicherheit werden analysiert und anhand von Simulationen verschiedener Fahrmanöver nachgewiesen. Die Tauglichkeit für den Einsatz in einem realen Versuchsträger zeigt sich in diesem Zusammenhang durch Verwendung eines realitätsnahen virtuellen Versuchsfahrzeugs.
3
Six-Port-Based Microwave Spectroscopy of Dielectric Materials for Non-Invasive ISM Applications
(2015)
This book addresses wideband spectroscopy of dielectric materials based on a Six-Port technology. State-of-the-art laboratory instruments for spectroscopy of dielectric liquids in the micro- and millimeter wave range, suffer from penetrating measurement techniques and considerable costs. A novel contactless measurement concept for dielectric characterization of liquid samples is explained, with a particular focus on industrial and medical applications. Several measurements on animal and human tissue materials are presented and discussed in this book. The demonstration of a contactless, dielectric measurement procedure including its calibration algorithm is subsequently described. The presented wideband measurement system consists of an on-line, non-invasive, dielectric sensor, an alternative vector network analyzer including its sub-components, such as Wilkinson power divider, quadrature coupler and power detectors. The demonstrated frequency range is between 2 GHz and 30 Ghz, thus a frequency bandwidth of multiple octaves i.e. a relative frequency range of more than 170% has been achieved.
2
A Chip-Area-Efficient Baseband Processing Core for FMCW Radar-based Sensor Network Localization
(2014)
There exists a variety of industrial applications in local environments, with an increasing demand for low-power and high-precision local positioning solutions based on wireless sensor networks. The focus of developing autonomous and cooperative sensor nodes with localization functionality is on the localization accuracy and range, energy efficiency and the size of the sensor nodes.
In this context special attention is paid to the sensor digital signal processing, where the main task is to perform a Fast Fourier Transform (FFT). In this work the design of the radix-4 DIF FFT algorithm and its optimization with respect to hardware implementation for low-power local positioning systems is introduced. Furthermore, an area-efficient digital implementation of a baseband processing core for autonomous wireless sensor nodes with localization functionality is presented. The challenge for designing the digital system was to reduce memory requirements towards a low cost hardware design in general, and particularly for an ASIC design. Reducing chip area implies lower energy consumption and helps saving implementation and production costs. The presented novel baseband processing system concept has been implemented and verified on an FPGA. For the application scenario of a two-sweep-measurement system, an ASIC layout is designed based on the IBM 130 nm CMOS technology.
1
Die steigende Komplexität moderner Fahrzeugantriebe erfordert im Bereich der Steuerung und Regelung des Bewegungsverhaltens umfassende Betrachtungen auf Komponentenebene, aber vor allem auch auf Gesamtsystemebene. Gegenstand dieser Arbeit ist daher der gesamthafte Entwurf der Längsdynamik eines Fahrzeugs, das mit einem parallelen Hybridantriebsstrang ausgestattet ist. Dazu wird ein hierarchisches Strukturkonzept vorgestellt, das es ermöglicht, die Kernaufgaben der Schnittstellenbereitstellung zwischen Fahrer und Fahrzeug, der Sicherstellung eines energieeffizienten Betriebes sowie der definierten Einstellung des dynamischen Längsverhaltens des Fahrzeugs weitgehend getrennt voneinander zu betrachten und zu bearbeiten.
Im Bereich der Längsdynamikauslegung kommt dabei ein neuer Ansatz zur Automatisierung des Antriebsstrangs zum Einsatz, der insbesondere Lastwechsel an Reibkupplungen - wie sie im betrachteten Doppelkupplungsgetriebe verwendet werden - leicht beherrschen lässt.
Insgesamt ergibt sich damit ein Konzept, das dem Fahrer ein von ihm vorgegebenes Summendrehmoment auf Radebene für die Erfüllung seiner Fahraufgaben zur Verfügung stellt. Die Dynamik des Drehmomentaufbaus bleibt dabei unverändert, während gleichzeitig eine Aufteilung der Stellgrößen auf die redundanten Aktoren beispielsweise unter Effizienzgesichtspunkten erfolgen kann.